机电一体化创新人才培养模式的研究与实践*

2012-01-29王仲民祁宇明石秀敏闫兵

中国教育技术装备 2012年36期

王仲民祁宇明石秀敏闫兵

天津职业技术师范大学机电工程系天津 300222

作者：王仲民，博士，教授，硕士生导师，主要研究方向为机电一体化、高等教育管理。

21世纪的教育理念是素质教育和创新教育，创新教育已经成为时代主题。创新教育作为高等教育的一个重要组成部分，随着科学技术的发展越来越具有其特殊性[1]。当前伴随着经济全球化，我国制造业已成为国民经济的核心，而机电一体化成为制造业发展的“发动机”，机电一体化技术人才的需求量大幅度提高，这对于高等工科院校是一个难得的历史机遇[2-3]。但传统的机电一体化技术教育是把所有机电一体化相关课程孤立，分割教学、分割实践，教学体制已经显得僵化、陈旧，更多强调的是教的过程，忽略了学生的主动性，将“工程实践能力”仅仅视为“动手能力”，并通过简单的相加，以期达到提高教育质量的目的，但往往效果不佳，未能培养出社会急需的机电一体化高等技术工程人才。

本文以天津职业技术师范大学“机械维修与检测技术教育”本科专业为例，探索工程实践能力、综合素质和创新精神之间的内在联系，探索社会急需的机电一体化创新人才的培养模式，对其传统课程体系进行整合而形成课程群，并构建机器人及机电一体化综合实验室，开展机电领域创新人才培养的实践研究。

1 专业建设的历史沿革与专业特色

天津职业技术师范大学2003年在国内首先创建“机械维修与检测技术教育”本科专业，经过近10年的专业建设，目前已成为天津市卓越工程师培养专业建设点，立足于为天津市经济建设及滨海新区的开发开放培养应用型卓越工程师人才。该专业根据社会发展对于机电一体化技术的需求，培养具有扎实基础理论与专业知识，较强的工程实践能力、创新意识与良好的综合素质，知识、能力、素质协调发展，德、智、体、美全面发展，掌握现代先进制造系统设计制造和机电一体化技术的基本理论和方法，能够在机电领域从事机电一体化产品的设计制造、运行维护、技术开发等方面工作的卓越工程师。该专业紧密结合学校的办学特色，定位准确，特色鲜明。

2 人才培养模式的构建

针对学校机械维修及检测技术教育专业（技校生源）的5年制本科专业，设计的培养模式为“3.5+1+0.5”人才培养模式，即：3.5年时间在校理论学习，1年在校工程实训和0.5年的企业学习。专业基础课和专业课课程设计紧密结合工程和生产实践需求，相关课程设计、实训环节与工程设计相一致，确保理论基础教学内容与企业工作实际接轨。3.5年的理论学习和1年的技能实训期间，适时利用寒暑假时间到各主要企业认知参观实习和顶岗实习，使学生了解本专业的特点，激发学生的学习兴趣。0.5年的企业实习，采用“双导师制”，即每位学生都被指派一名学校导师和企业导师，共同负责对学生的培养，具体的企业学习培养计划由两位导师共同制定，并由他们共同指导学生的毕业设计。

企业培养阶段，主要包括两方面学习内容：企业培训内容和专业培训内容。企业培训内容包括企业文化与规章制度教育、生产技能培训、产品研发与生产实习等，这部分内容由企业的人力资源部门和企业导师负责实施。专业培训则针对企业研发生产所需要的相关专业知识的学习，并通过毕业设计培养学生综合应用所学知识解决工程实际问题，为学生将来走入社会、获得更好的发展奠定良好的基础。专业培训在学校导师和企业导师共同指导下，在学校相关平台和企业工作平台上完成。

3 以能力为本位，构建课程群

在课程体系的构建中，充分考虑学校的办学特色及知识的系统性与完整性，以知识应用为主线，以能力培养为核心，打破原有的学科课程体系和“三段式”课程设置体系，对课程进行优化与整合。以“实用、够用”为度，将具有共同教学规律的若干课程作为一个系统加以规划调整，形成课程群。课程群的构建原则为：其一，将人才培养目标分解到每一课程群，确定每一课程群所承担的功能、应培养能力、相应的配套实践教学环节，以及课程群每一门主干课程的内容与考核方法；其二，对各个课程群间相互重复与交叉的知识，进行优化组合，加以综合化改造，强调知识间的系统联系和衔接，取消重复的教学内容；其三，理论教学与实践教学相互渗透，理论知识与实践技能考核相结合。

根据上述原则，根据专业方向的定位，确立人才培养的4个课程群。

1）机械基础课程群，包含机械制图、公差与配合、工程力学、机械原理与机械零件、金属材料与热处理等内容。该课程群主要培养学生在机械工程方面的初步知识和能力。

2）机械制造工程课程群，包含金属切削机床、切削原理与刀具、机械制造工艺及机床夹具等内容。该课程群主要对学生进行机械制造工艺与设备方面基本能力的培养。

3）机电控制课程群（专业方向一），包含电工与电子技术、单机原理与应用、机床电控及PLC、液压与气动控制技术、机器人技术、传感器技术等内容。该课程群主要培养学生机电控制尤其是机器人控制系统设计方面的基本能力。

4）数控机床维修课程群（专业方向二），包含数控机床及编程、可靠性工程、工厂供电、电磁干扰与电磁兼容、交流调速等内容。该课程群主要培养学生数控机床故障诊断与维修方面的基本能力。

同时，围绕课程群的建设，开发机电一体化系列实践教材、教学参考书、电子教案、实验指导书及机电一体化系统设计范例。这些课程包括机器人技术、电工学、C语言程序设计、微机原理、传感器技术和数控机床维修等；制作系列网络课件，如《机器人实践初步》《数控设备维修实践》《机器人设计与制作》等。

4 机器人及机电一体化创新实验室建设

构建机器人及机电一体化综合实验室，能够用于多种层次的教学实践活动。可以进行不同教学单元的实验及综合系统的设计与开发，进行机器人的制作、调试、测试等工程训练，使学生了解机器人和机电产品的设计、开发及制作工艺过程，从而完成课外创新实践活动。该创新实验室不仅具备充分的实验条件，可给大学生提供课外创新实践的条件，每年按计划开展形式多样、面向本专业不同年级学生的创新实践活动，而且能够满足学校进行机器人设计大赛以及机械类、电子类、自动化类教师的科研开发需求。

5 创新人才培养实践

在课堂教学过程中，本专业教师着重阐述机电一体化技术的特点及分析与解决问题的基本方法，淡化理论演绎、简化公式推导，不做繁琐分析，突出对学生分析问题、解决问题和综合运用机电一体化相关课程所学知识的能力培养。在精选传统内容基础上，及时将机电领域的国内外最新发展动态和教师自身的相关科研成果融入课堂教学，开阔学生的视野，激发和培养学生的创新意识与学习兴趣。任课教师还利用自己开发的多媒体课件，充分展现机电控制中抽象的、不易观察的动态特点，提供图、文、动画并茂的教学资源，生动、直观、信息量大，这样使得枯燥的学习变得活泼、有趣，有效激发学生的学习热情和求知欲望，启发和引导学生积极思维。同时，鼓励并安排本专业骨干教师使用双语教学，使学生的专业知识与外语水平同步提高。

在实践教学方面，转变设计思想和设计方法，将传统的以演示、验证为主的实验转变为以系统设计、仿真分析与系统实现为主，增加机电类设计性、综合性实验的比重；并在实验层次上，将基础性、综合设计型、研究创新型实验合理分布，注重加强对学生系统观念的培养和系统设计方法的训练，不仅强化了学生的创新技能训练，也增强了学生工程意识的培养。同时，为了适应社会的发展需要，任课教师将机电领域前沿发展技术融入整个实践教学过程中。在实验项目安排上，除教学基本要求外，尽量给学生提供较多的选择空间；在内容难度上，从易到难、从简单到综合，使学生能够充分掌握并自我运用；在教学要求上，循序渐进，不断提升对实验过程中各环节的要求与细化程度，不追求完成实验的数量，而要求学生对每一个实验必须做好、做完整。

在创新实践活动设置上，从激发大学生创新意识的角度出发，开展面向本专业不同年级学生、形式灵活多样、连续不间断的创新实践活动，如大学生创意竞赛、学生自选实验、实验设计竞赛、机器人趣味项目设计、机械设计竞赛等活动，全面培养学生的知识应用能力、动手实践能力，使学生从逐渐参与创新到勇于创新，逐步培养学生的创新精神与创新能力。